CHƯƠNG 2 HIỆN TRẠNG KHAI THÁC VỈA DÀY
2.1.2. Tổng quan về hệ thống khai thác vỉa dày dốc thoải nghiêng ở Vàng Danh và Quảng Ninh
Từ trước đến nay để khai thác các vỉa dày, độ dốc đến 350 các mỏ than hầm lò tại vùng Quảng Ninh đã áp dụng các HTKT chia lớp bằng; HTKT chia lớp nghiêng, có hoặc không có vách giả nhân tạo; HTKT chia lớp nghiêng khai thác lớp vách, lớp trụ hạ trần than lớp giữa; và HTKT lò chợ hạ trần.
2.1.2.1. Hệ thống khai thác chia lớp bằng
Từ những năm sáu mươi của thế kỷ trước, mỏ Hà Lầm đã tiến hành khai thác vỉa dày thoải bằng hệ thống khai thác chia lớp bằng thu hồi than hạ trần.
Vỉa than dày được chia thành các lớp ngang vỉa, chiều dày lớp khấu 5 m,
trong đó chiều cao lò chợ 2,2m, hạ trần 2,8 m, khấu than bằng khoan nổ mìn, chống lò bằng gỗ. Những năm bảy mươi, mỏ Hà Lầm đã sử dụng lưới thép B- 40 lát ở nền lò chợ lớp trên ở vỉa 14 - Tây phay K, với vỉa dày vỉa 12 30 m, chiều dài lò chợ 60 m (hình 2.1). Lưới thép có tác dụng ngăn cách than với đá phá hoả khi hạ trần, nên đã giảm tổn thất than từ 50 % xuống còn 35 %.
Giữa thập kỷ chín mươi, HTKT chia lớp bằng - hạ trần than lại được đưa vào áp dụng ở vỉa 1 mỏ Tân Lập là một vỉa than rất dày, nhưng ở đây không sử dụng lớp ngăn cách nhân tạo. Sau đó HTKT này còn được áp dụng ở khu vực Cái Đá - Xí nghiệp than Cao Thắng thuộc Công ty than Hòn Gai và một số khu vực khác.
Hình 2.7. Sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ lớp bằng mỏ Hà Lầm 2.1.2.2 Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng
Năm 1966 mỏ than Thống Nhất đã thực hiện khai thác chia lớp nghiêng, dùng tre róc làm lớp ngăn cách nhân tạo, tại công trường Thanh niên; kết quả áp dụng đã giảm tổn thất than từ 65 % xuống còn 40 %. Giai đoạn tiếp theo lại được áp dụng ở vỉa dày và vỉa G, trên cơ sở lợi dụng các lớp đá kẹp để phân cách lớp khấu; Trong phạm vi một lớp khấu, nếu chiều dày lớp than lớn hơn chiều cao khấu lò chợ thì gương khấu bám theo đá kẹp trụ và kết hợp hạ trần thu hồi than nóc
Hình 2.8. Sơ đồ hệ thống khai thác chia lớp nghiêng mỏ Thống Nhất HTKT chia lớp nghiêng cũng được áp dụng ở các vỉa dày dốc nghiêng của mỏ than Mạo Khê. Các vỉa than ở đây không có lớp đá kẹp ổn định để phân cách lớp khấu như ở Mỏ Thống Nhất và than mềm yếu khó đảm bảo khả năng làm nóc giả với chiều dày 0,5 1,0 m, tuy nhiên ở đây có đặc điểm đá phá hoả của lò chợ lớp trên có khả năng liên kết trở lại sau một khoảng thời gian, tạo ra sự ổn định của nóc lò chợ lớp dưới nên lò chợ lớp trụ được bắt đầu chuẩn bị và khai thác sau khi khai thác hết lớp vách và đất đá phá hoả đã ổn định (theo kinh nghiệm ở Mạo Khê, thời gian cho đất đá dính kết ổn định khoảng 6 tháng)
Hình 2.9. Sơ đồ hệ thống khai thác chia lớp nghiêng mỏ Mạo Khê HTKT chia lớp nghiêng còn được áp dụng ở vỉa 14-5 mỏ Khe Chàm, vỉa 4, vỉa 6 mỏ Vàng Danh và vỉa G9, vỉa H10 mỏ Mông Dương, với chiều dày vỉa 4 6 m, đá vách vỉa cứng vững, khó sập đổ. Trong điều kiện như vậy người ta đã tiến hành khai thác lớp vách trước để phá hoả cưỡng bức. Khác
với ở Mạo Khê, do đá vách sập đổ không có khả năng liên kết trở lại, phải để lại một lớp than ngăn cách 1,0 1,3 m. Khoảng cách đuổi nhau giữa lò chợ lớp trụ và lớp vách vách là 25 30 m hoặc lớp trụ bắt đầu khai thác sau khi kết thúc khai thác lớp vách.
Hình 2.10. Sơ đồ hệ thống khai thác chia lớp nghiêng mỏ Khe Chàm 2.1.2.3. Hệ thống khai thác chia lớp nghiêng khai thác lớp vách, lớp trụ hạ trần than lớp giữa
Ở Mỏ than Vàng Danh khi áp dụng HTKT chia lớp nghiêng khai thác lò chợ đầu tiên của vỉa 7 Cánh Gà mức +350 +397 (điều kiện vỉa dày trung bình 9 m, góc dốc vỉa 15 300) người ta chia vỉa thành 3 lớp khai thác, ngăn cách giữa các lớp khấu là lớp than dày 1,2 m làm nóc giả. Các đường lò được chuẩn bị riêng cho từng lớp, sau khi khai thác lớp vách, tiến hành khai thác lò chợ lớp giữa, tiếp theo khai thác lớp trụ.
Vỉa than có chiều dày biến động, không có lớp đá kẹp ổn định để định vị lớp khấu, nên khi khai thác lò chợ lớp giữa đã không duy trì được vị trí của lớp theo thiết kế, trường hợp khi gương khấu bị lạc hướng lên trên, sẽ gặp phải lò chợ lớp vách đã khai thác, bởi vậy gương khấu thường hướng xuống phía dưới để tạo cho nóc lò ổn định hơn; điều đó dẫn đến làm mất chiều dày khấu của lớp trụ.
Trong điều kiện như vậy người ta đã chuyển sang phương án chia 2 lớp nghiêng (bám vách và bám trụ - hạ trần than) cho các lò chợ tiếp theo ở vỉa 7
và sau đó là vỉa 5. Sơ đồ công nghệ khai thác chia lớp nghiêng khai thác lớp vách, lớp trụ hạ trần than lớp giữa cũng được áp dụng ở các mỏ Hà Lầm, Tân Lập.
Hình 2.11.Sơ đồ công nghệ khai thác chia hai lớp nghiêng hạ trần áp dụng ở các mỏ Vàng Danh, Hà Lầm, Tân Lập
HTKT chia hai lớp nghiêng hạ trần than giai đoạn đầu áp dụng không có lớp ngăn cách bằng vách giả nhân tạo, đến năm 1987 viện KHCN Mỏ đã áp dụng thử nghiệm lưới thép B-40 làm lớp ngăn cách trong HTKT này ở lò chợ vỉa 7 Cánh Gà mỏ Vàng Danh và sau đó ở mỏ Tân Lập; khi đó các lò chợ lớp vách và lớp trụ đều sử dụng cột chống gỗ và cũi lợn. Thực tế do tốc độ khai thác chậm nên áp lực mỏ gia tăng, lò chợ phải củng cố thêm nhiều cột chống, gây khó khăn cho công tác trải lưới ở lò chợ vách; còn tại lò chợ trụ, việc hạ trần lấy than chỉ tiến hành ở khe cũi lợn khôngđảm bảo được tính liên tục và triệt để nên lưới thép đã không lộ ra hoặc không hạ sát xuống nền lò; lưới thường bị treo cách nền 2,5 3 m nên bị bục và rách nhiều; nhìn chung lưới thép đã không phát huy được tác dụng như mong muốn.
2.1.2.4. Hệ thống khai thác lò chợ hạ trần
Những năm đầu thập kỷ chín mươi, HTKT lò chợ hạ trần (LCHT) xuất hiện ở mỏ Hà Lầm, sau đó ở mỏ Vàng Danh và một vài nơi khác. Bản chất của sơ đồ công nghệ là khai thác đồng thời toàn bộ chiều dày vỉa bằng lò chợ
lớp trụ kết hợp hạ trần thu hồi than dưới đá vách (xem hình 2.12). Trong công nghệ này ở lò chợ lớp trụ khấu than bằng khoan nổ mìn, chống giữ bằng gỗ hoặc cột ma sát, luồng bảo vệ bằng cũi lợn. Trong mỗi chu kỳ sản xuất, sau khi chuyển cũi lợn trần than sẽ tự sập đổ hoặc sử dụng khoan nổ mìn hạ trần;
than hạ trần được thu hồi sang luồng gương. Điều khiển vách bằng phá hoả toàn phần, vách tự sập đổ.
(a) (b)
Hình 2.12. Gương khấu của sơ đồ công nghệ khai thác lò chợ hạ trần a- Tại vỉa 10 Công ty than Hà Lầm; b- Tại vỉa 6 Cánh gà Công ty than Vàng Danh Thực tế trong quá trình khai thác lò chợ hạ trần ở các mỏ Hà Lầm, Vàng Danh cho thấy theo chu kỳ, cứ 5 7 luồng khấu, ở gương lò lại xuất hiện những vết nứt ở nóc lò chợ, dọc theo gương khấu, có vết nứt rộng 5 6 cm, dài 3 4 m; một vài vị trí bị lở, gương tới 0,5 0,7 m, hoặc rỗng nóc, có điểm chiều cao tụt nóc tới 1 1,2 m; nhiều cột chống bị gãy và các cũi lợn có biểu hiện chịu tải lớn (xem hình 2.13). Trong những điều kiện như trên người ta phải tiến hành chống bằng gỗ có chất lượng tốt hơn bình thường, đồng thời tăng cường củng cố các cũi lợn, chống thêm gánh và cài dầy chèn.
Hình 2.13. Hiện tượng lở gương, rỗng nóc ở lò chợ trụ hạ trần Do chống giữ lò chợ bằng gỗ hay cột ma sát có kháng lực ban đầu nhỏ, thao tác chậm, nên công tác điều khiển áp lực mỏ gặp khó khăn, mức độ an toàn bị hạn chế khi lò chợ ở vị trí chuẩn bị tới chu kỳ sập gãy đá vách; đồng thời ở lò chợ có cũi lợn và phải chống tăng cường nên không gian lò chợ chật hẹp làm giảm hiệu quả thu hồi than, gây tổn thất than lớn (Hà Lầm 43 %, Vàng Danh 43,4 52 %).
Hầu hết các lò chợ hạ trần đều sử dụng phương pháp tự sập đổ trần than hoặc tại một số vị trí, thực hiện được bằng khoan nổ mìn nhưng chiều dài lỗ khoan không lớn (2 m) và cũng không áp dụng phương pháp nổ mìn phân đoạn, do vậy than sập đổ thường có dạng khối, cục tảng lớn, khó thu hồi gây tổn thất than lớn.
Các nghiên cứu phân tích về tổn thất than đã cho thấy tổn thất do điều kiện địa chất phức tạp chiếm lớn nhất cũng chỉ gần bằng 30 % tổng tổn thất chung; như vậy khoảng 2/3 tổng số than tổn thất là do hệ thống khai thác và công nghệ khai thác, đặc biệt là tổn thất ở nóc, nền lò và ở các trụ bảo vệ.
Bảng 2.1. Bảng tỷ lệ tổn thất than tại các mỏ
Qua số liệu ở bảng 2.1 cho thấy ở các mỏ Mạo Khê và Khe Chàm với HTKT chia lớp nghiêng, tổn thất than theo chiều dày vỉa thấp (6 19 %), còn các mỏ Vàng Danh và Hà Lầm áp dụng HTKT lò chợ hạ trần, tỷ lệ tổn thất tới 30 %. Tổn thất than ở các trụ bảo vệ lò chuẩn bị của hệ thống khai thác cũng rất lớn (13 36 %), bởi hầu hết các đường lò ở vỉa dày đều bố trí trong than, trong khi công tác khấu tận thu các trụ bảo vệ gặp khó khăn do đường lò đã bị nén bẹp trong quá trình sử dụng.
Trong điều kiện chống lò bằng gỗ hoặc cột ma sát, khấu than bằng khoan nổ mìn, qua thực tế áp dụng ở vùng Quảng Ninh cho thấy ngoài HTKT chia lớp bằng áp dụng ở mỏ Hà Lầm có chỉ tiêu KTKT tương đối tốt, còn các HTKT khác đều có hiệu quả thấp, đặc biệt là công nghệ khai thác hạ trần với chi phí gỗ rất lớn (40 65 m3/1000T); tổn thất than lớn (38 52 %); năng suất lao động thấp (1,35 2,28 T/công), và hầu như không có lò chợ nào đạt công suất thiết kế.
Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật cơ bản khai thác vỉa dày độ dốc đến 350 giai đoạn khai thác truyền thống ở một số mỏ hầm lò được trình bày trong bảng 2.2.
Tỷ lệ tổn thất than (%) Mỏ than Vỉa
Tỷ lệ trữ lượng than tổn thất (%)
Trụ bảo vệ lò chuẩn bị
Theo chiều cao khai thác
Do vận chuyển
Do địa chất
Ghi chú
VàngDanh Vỉa 5 C. gà
66,2 34,3 10,9 1,8 19,2 Tổn thất ở trụ bảo vệ Vàng Danh Vỉa 7
TVD
47,6 1,5 30,1 - 16
Mạo Khê Vỉa 9 34,2 15,6 18,6 - - -
Khe Chàm Vỉa 46,8 35,9 5,9 5,0 - -
Hà Lầm Vỉa 10 43,0 13,0 30,0 - - -
Bảng 2.2. Bảng các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản khai thác vỉa dày dốc thoải nghiêng ở một số mỏ hầm lò Quảng Ninh
Hệ thống khai thác hạ trần than Chia lớp nghiêng hạ trần
HTKT chia lớp
bằng
HTKT chia lớp nghiêng
Không có lưới thép ngăn cách
Có lưới thép ngăn cách
Lò chợ trụ hạ trần TT Tên chỉ tiêu Đơn vị
Mỏ Hà Lầm
Mỏ Mạo
Khê
Mỏ Thống
Nhất
Mỏ Mông Dương
Mỏ Vàng Danh
Mỏ Hà Lầm
Mỏ Vàng Danh
Mỏ Tân Lập
Mỏ Hà Lầm
Mỏ Vàng Danh
1 Chiều dày vỉa m 1230 3,54,2 1213 46 510 513 9 7 9 513 3 4
2 Gúc dốc độ 2540 1955 2035 3040 1035 1045 2035 2530 1045 1035
3 Chiều dài LC m 60 100 7080 80100 80100 4060 7089 4570 70100 80100 4 Chiều cao khấu m 2,2 2,02,2 1,82,5 1,82,0 2,02,2 2,02,2 2,02,2 2,02,2 2,02,2 2,02,2
5 Tốc độ tiến gương m/tháng 18 20 12 10 1018 1214 7 12 1214 1018
6 Sản lượng LC T/ng.® - 170 150 100 175 180 100 100 200 175
7 Công suât LC T/¨m - 51000 45000 30000 52000 54000 30000 30000 60000 52000
8 Năng suât lao động T/công 3 1,85 1,4 1,5 1,79 2 1,35 2,28 2,1 1,8
9 Chi phí gỗ m3 30 65 65 55 50 57 48 42 40 47
10 Chi phí thuốc nổ kg/1000 73 168 104 145 257 112 180 97 140 220
11 Chi phí đào lò CB m/1000T - 35 30 32 - - - - 16 25
12 Tổn thất than % 35 38 40 45 48 40 49 38 43 52